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Einrichtung zur kurzzeitigen Erhöhung eines zur Fehlerabsehaltung dienenden Stromes.
Um ein selektives Abschalten von Anlageteilen zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen, jeden auftretenden Fehler in einen Kurzschluss zu verwandeln. Unter dem Einfluss des Kurzschlusses werden dann die widerstandsabhängigen Distanzrelais zum Ansprechen gebracht und dadurch die Abschaltung des vom Fehler betroffenen Anlageteiles bewirkt. Derartige Einrichtungen haben aber den Nachteil, dass unnötigerweise eine hohe Beanspruchung infolge des Kurzschlussstromes auftritt. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es daher zweckmässig, statt eines dauernd fliessenden Kurzschlussstromes nur kurzzeitig Stromstösse in die Leitung zu senden.
Auch wurde bereits vorgeschlagen, den beim Auftreten eines Erdschlusses sich einstellenden Fehlerstrom für kurze Zeitdauer soweit zu vergrössern, dass die angeschlossenen Erdschlussrelais zum Ansprechen gebracht werden können. Man verwendet hiezu spannungsabhängige Widerstände oder automatisch sich verändernde Induktivitäten, wie z. B. unter dem Einfluss des Erdschlussstromes anlaufende elektrische Maschinen, deren Ständer im Erdschlusskreis liegt, so dass im ersten Augenblick die volle Kurzschlussinduktivität der Maschine, später aber nur deren Leerlaufinduktivität wirksam wird.
Eine andere sehr einfache Möglichkeit, den zur Fehlerauslösung dienenden Strom kurzzeitig zu erhöhen, besteht nach der Erfindung darin, dass gittergesteuerte Entladungsgefässe mit Gas-oder Dampffüllung verwendet werden, deren Anodenkreis im Stromkreis des die Schutzeinrichtung betätigenden Stromes liegt und deren Gitter so gesteuert ist, dass eine zeitweise Erhöhung des Anodenstromes auftritt.
Die Einrichtung kann zum selektiven Abschalten irgendeines Fehlers verwendet werden. Wenn z. B. das zur Überwachung der Lagertemperaturen einer elektrischen Maschine dienende Organ eine zu hohe Temperatur anzeigt oder irgendwelche anderen Schutzeinrichtungen ansprechen, dann wird das Gitter an eine solche Spannung gelegt, dass der Anodenkreis, der zwischen zwei Netzleiter geschaltet ist, kurzzeitig einen solchen Strom führt, dass die Kurzsehlussvorriehtungen des Netzes zum Ansprechen gebracht werden und ein selektives Abschalten des fehlerbetroffenen Anlageteiles herbeiführen.
Eine Ausführung der Erfindung für einen Erdschlussschutz ist in Fig. 1 dargestellt. Der Nullpunkt 1 eines Netzes 2 ist über einen Widerstand 3 geerdet. Parallel zu einem Teil des Widerstandes 3 oder seiner ganzen Grösse liegt der Anodenkreis eines dampfgefüllten Entladungsgefässes 4, dessen Gitter 5 über eine Umschaltvorrichtung 6 normalerweise an den Minuspol einer Batterie 7 gelegt ist. Die Umschaltvorrichtung 6 wird von einem Relais 8 gesteuert, das in die Erdverbindung des Nullpunktes eingebaut ist. Der Pluspol der Batterie 7 ist nun über einen hochohmigen Widerstand 9 dauernd an das Gitter 5 gelegt, während der Mittelpunkt 0 der Batterie 7 an die Kathode 10 der Röhre 4 geschaltet ist.
Infolge der negativen Gittervorspannung fliesst demnach normalerweise kein Strom im Anodenkreis der Röhre 4. Wenn nun ein Erdschluss auftritt, dann kann der Erdsehlussstrom, namentlich wenn er in der Nähe des Nullpunktes liegt, so klein sein, dass er zwar die sehr empfindliche Umschaltvorrichtung 8 zu betätigen vermag, aber nicht dazu ausreicht, um die im Netz liegenden, zum selektiven Abschalten dienenden Erdschlussrelais 11 zum Ansprechen zu bringen. Die Erhöhung des Erdschlussstromes wird nun dadurch erreicht, dass die Umschaltvorrichtung ihre Kontakte 6 umlegt. Dadurch wird zeitweise
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Umschaltzeit vermag daher die Röhre 4 Strom zu führen und einen Teil des Widerstandes. 3 kurzzu- schliessen.
Diese kurzzeitige Erhöhung reicht im allgemeinen aus, um einen zur Betätigung der Erdschlussrelais 11 hinreichenden Strom hervorzurufen. Die Erdsehlussrelais 11 sind dabei als distanzabhiingige
Relais ausgebildet, deren Stromspule vom Asymmetriestrom, deren Spannungsspule von der Spannung zwischen dem erdschlussbehafteten Leiter und Erde in bekannter Weise beeinflusst wird.
Zur Erzielung einer grösseren Sicherheit kann die Einrichtung in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise geändert werden. An Stelle des Widerstandes 3 ist hier eine Erdschlussspule 12 vorgesehen, deren Ab- stimmung durch Kurzschliessen einiger Windungen durch das Entladungsgefäss 4 soweit verstimmt wird,
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von Kontakten 6 und legt dadurch mehrere Male eine positive Spannung an das Gitter J der Röhre J. Dadurch werden mehrere Stromstösse im Netz ausgelöst, so dass eine erhöhte Sicherheit der Einrichtung erzielt wird. Zur Erhöhung der Selektivität kann auch das Erdschlussrelais 11 mit einem Schnttsehalt- werk 13 ausgerüstet sein, das synchron mit dem Schrittschaltwerk. 8 läuft.
In den Augenblicken, in denen das Schrittschaltwerk 8 seine Kontakte unterbricht, legt das Schrittschaltwerk 73 die Spannungs- spule 14 des Erdschlussrelais 11 über verschieden hohe Widerstände 15 an die Spannung zwischen Erde und die fehlerbehaftete Phase. Die Stellung 1 des Sehrittschaltwerkes 13 entspricht dabei einer Impedanz. die etwas kleiner ist als die Impedanz des zu überwachenden Streckenabschnittes. Bei jedem Stoss wird dann das Schrittschaltwerk so weiter geschaltet, dass die Auslösebedingung auf einen immer grösser werdenden Widerstand sich einstellt. In der Stellung 1 soll demnach das der Fehlerstelle am nächsten liegende Relais zum Auslösen kommen.
Ist dies nicht geschehen, dann schalten sämtliche Schrittwerke weiter und in der Stellung 2 ist sowohl das dem Fehler am nächsten benachbarte als das übernächste Relais zum Abschalten bereit. Beim Versagen des eigentlich zur Auslösung bestimmten Relais wird demnach
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zeitlichen Abstand zwischen der ersten und zweiten Kontaktgabe des Schrittschaltwerkes soweit zu erhöhen, dass in etwa fünf Sekunden Zwischenzeit der Erdschlussspule Gelegenheit gegeben ist. den Erd- schlussstrom zu löschen. Nach dieser Zeit werden dann die Stromstösse in kürzeren Zeitintervallen, vielleicht in Abständen von einer Sekunde, erfolgen. Die Impedanzrelais werden vorteilhaft so ausgebildet. dass sie gleichzeitig auch die Richtung des Erdschlussstromes berücksichtigen.
Die kurzzeitige Erhöhung des Erdschlussstromes kann auch in der Weise erfolgen, dass eine kurzzeitige Änderung der Verlagerung des Nullpunktes eintritt. Es ist bereits bekannt. in die Erdverbindung des Nullpunktes von elektrischen Apparaten eine Spannung einzufügen, welche eine Verlagerung des Nullpunktes herbeiführt. Mit Rücksicht auf die Isolation der Anlage wird aber die Verlagerung des Nullpunktes im allgemeinen nicht mehr als 10% betragen. Der Strom, der bei einem Erdschluss im Nullpunkt auftritt, reicht dann im allgemeinen aus, um unter dem Einfluss des Erdschlussstromes liegende hochempfindliche Relais zum Ansprechen zu bringen, nicht aber um die zur selektiven Abschaltung erforderlichen, unter dem Asymmetriestrom stehenden, z. B. in Holmgrensehaltung angeordneten Relais zu betätigen.
Nach der Erfindung soll daher durch gittergesteuerte Dampfentladungsgefässe kurzzeitig eine Erhöhung der Verlagerungsspannung bewirkt werden.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für diese Anwendung des Erfindungsgedankens dargestellt.
Der Nullpunkt 1 des Netzes 2 ist an den Punkt n0 einer Induktivität 16 angeschlossen. deren einer Endpunkt mit der Phase R des Netzes verbunden ist, deren anderer Endpunkt J12 Über einen Widerstand 7J
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ist, dass die zwischen Ho und Mi erzeugte Spannung, wie aus dem Diagramm der Fig. 4 zu ersehen ist. etwa 10% der Erdschlussspannung beträgt, ist über einen Widerstand 17 mit Erde verbunden. In die Erdleitung ist wieder ein hochempfindliches Relais eingebaut, das das Gitter der Röhre 5. wie bei den Fig. 1 und 2 steuert.
Beim Auftreten eines Erdsehlussstromes wird dann die Röhre 5 leitend und verbindet somit den Punkt 112 Über den Widerstand 15 mit Erde. Der Punkt n2 ist dabei so gewählt, dass eine weit höhere Spannungsverlagerung erzeugt wird, als wenn der Punkt n1 mit Erde verbunden wäre. Zweck-
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betragen.
Eine andere Schaltanordnung, die im Prinzip dieselbe Arbeitsweise besitzt wie die in Fig. 3 dargestellte, ist in Fig. 5 gezeichnet. Die zur Spannungsverlagerung dienende Induktivität ist unmittelbar durch eine erhöhte Anzahl von Wicklungen auf dem dritten Schenkel des Nullpunktes 1 angeordnet.
Selbst bei Erdschlüssen, die im Nullpunkt des zu überwachenden Apparates liegen, wird dann kurzzeitig ein Erdschlussstrom t hervorgerufen, der zum selektiven Abschalten der fehlerbehafteten Anlageteile ausreicht. Bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Anordnungen ist es zweckmässig, den Widerstand 15 klein
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im Verhältnis zum Widerstand 17 zu wählen, damit der entstehende Stromstoss eine zur Auslösung der
Relais genügende Höhe besitzt.
Um auch in vermaschten Netzen eine selektive Abschaltung des vom Fehler betroffenen Anlageteiles zu ermöglichen, wird für das ganze Netz nur eine einzige Stromstosserzellgungsanlage vorgesehen, die Relais werden aber je nach ihrer Lage in ihren Auslösezeiten gestaffelt. Dazu können besondere Zeitablaufrelais vorgesehen werden, welche beim ersten Stromstoss in Gang gesetzt werden. Das dem Fehler am nächsten benachbarte Relais schaltet dann zuerst aus und nach dem Verschwinden des Fehlers kehren die übrigen Relais in ihre Anfangslage zurÜck. Besonders vorteilhaft ist es, die Auslösezeit der Relais von der Zahl der Stromstösse abhängig zu machen.
Die gewünschte Staffelung in den Auslösezeiten wird dadurch erreicht, dass die Relais von irgendeiner Stelle des Netzes aus von jedem für die Stromzuführung in Betracht kommenden Leitungsweg zum Stromstosserzeuger mit immer grösser werdender Auslösezeit ausgerüstet werden.
In Fig. 6 sind beispielsweise zwei Stichleitungen ft und !'dargestellt, die an dem Punkt e über einen Stromstosserzeuger d geerdet sind. In die einzelnen Abschnitte der Stichleitungen a, b sind Relais eingebaut, die durch eine verschieden grosse Anzahl von Stromstössen zum Ansprechen gebracht werden. Die Staffelung erfolgt in der Weise, dass vom Ende der Stichleitungen aus bis zum Stromstosserzeuger hin die Auslösezeiten, d. h. die erforderlichen Stromstosse, entsprechend den beigeschriebenen arabischen Ziffern immer grösser werden.
Es ist leicht einzusehen, dass bei einem Fehler am Ende eines Leitungsteile. also etwa an der Stelle e, die Auslösung bereits nach einem einzigen Stromstoss erfolgt, an der Stelle f dagegen erst nach drei Stromstössen. In allen Fällen bleibt aber der gesunde Leitungsteil weiter eingeschaltet.
Handelt es sich um Netzteile, die von zwei Seiten aus gespeist werden, also z. B. um Ringleitungen. dann müssen an den beiden Enden eines Leitungsteiles Schutzeinrichtungen angeordnet werden, welche von der Richtung der Stromstösse in der Weise abhängig sind, dass sie nur bei einem in den Leitungsteil hineinfliessenden Stromstoss ansprechen. In Fig. 7 ist eine Ringleitung g dargestellt, an die ausserdem
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lieh gestaffelten Relais ausgerüstet. Die Pfeile deuten die Richtung der Stromstösse an, bei denen die Relais ansprechen, die Zahlen die Stromimpulse, die erforderlich sind, um die Relais zum Auslösen zu bringen.
Die zeitliche Staffelung ist so erfolgt, dass von irgendeinem Punkt des Netzgebildes aus auf dem Wege zum Stromerzeuger a immer das nächstfolgende Relais eine höhere Auslösezeit besitzt.
Tritt bei der Einrichtung etwa an der Stelle/ein Erdschluss auf, dann wird dieser von dem Stromerzeuger d über zwei Leitungswege gespeist. Wenn der längere Leitungsweg keinen zu hohen Widerstand besitzt, dann wird das Relais mit der Ziffer 1 bereits nach einem Stromstoss ansprechen und damit den Ring auftrennen. Die Erdschlussstelle wird dann nur noch über eine Seite her gespeist bis nach sechs Stromstössen das Relais 6 ebenfalls den fehlerbehafteten Anlageteil abschaltet. Ist der Widerstand des
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erst nach dem Relais mit der Ziffer 6 zum Auslösen kommen. Damit dies nicht der Fall ist, ist es in allen Fällen vorteilhaft, die Ansprechempfindlichkeit der Relais ebenfalls zu staffeln, u. zw. in der Weise, dass die Relais mit der geringsten Auslösezeit die grösste Anspreehempfindlichkeit besitzen.
Bei Fehlern in den Stichleitungen a und b arbeitet die Einrichtung in derselben Weise wie an Hand von Fig. 6 beschrieben.
In Fig. 8 ist gezeigt, wie sich die Einrichtung nach der Erfindung auch bei parallelen Leitungen verwenden lässt, deren Sammelschienen in den einzelnen Stationen nicht miteinander verbunden sind.
In diesem Falle stellen ja die parallelen Leitungen nichts anderes dar als eine einzige Ringleitung, so dass auch die Schutzeinrichtung in derselben Weise ausgeführt werden kann, wie bei diesen. Im Prinzip gleichen sich demnach die Fig. 7 und 8 vollkommen.
In Fig. 9 ist dasselbe Netzgebilde in den Leitungen, die, vom Stromerzeuger aus gesehen, aus den einzelnen Stationen herausgeführt sind, mit Stromvergleichsrelais ausgerüstet, die in sich besonders gestaffelt sind, die aber ebenfalls nur auf Stromstösse ansprechen. Dadurch ergeben sich innerhalb der parallelen Leitungen geringere Auslösezeiten, so dass alle Fehler schon nach drei Stromstössen erfasst werden können, während bei demselben Netzgebilde, aber mit einer Schutzeinrichtung nach Fig. 8 bis zu fünf Stromstösse bis zur Betätigung der Schutzeinrichtung erfolgen müssen. Die Stromvergleichsrelais der Parallelleitungen der Fig. 9 sind natürlich auch richtungsabhängig, in der Weise, dass sie nur bei einem
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schieden, ob der Fehler innerhalb der Parallelleitungen liegt oder erst in einer Stichleitung.
In Fig. 10 ist ein besonders kompliziertes Netzgebilde dargestellt, bei dem ebenfalls die Staffelung der einzelnen Relais durchgeführt ist. Es ist leicht zu erkennen, dass. wo immer der Fehler auch liegen mag, eine selektive Abschaltung erfolgt. Die Pfeile und die Bezifferung haben dieselbe Bedeutung wie in Fig. 7.
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Widerstand dar, als dass der Strom die Relais betätigen könnte. Man kommt also auch in diesem Falle mit einer Staffelung aus, die relativ wenig Stromstösse auch bei der ungünstigsten Lage des Erdschlusses erfordert, wie aus den den einzelnen Relais beigeschriebenen Ziffern zu entnehmen ist.
Um Fehlauslösungen, die durch nicht von der Stromstosserzeugungsanlage herrührende Stromstösse hervorgerufen werden können, zu vermeiden, ist es zweckmässig, die Betätigung der Schutzrelais von dem Ansprechen weiterer auf die Merkmale eines Erdschlusses, wie Asymmetriestrom oder Asymmetriespannung, ansprechender Relais abhängig zu machen. Auch der Stromstosserzeuger kann von derartigen Relais beim Auftreten eines Fehlers erst in Betrieb genommen und nach dem Verschwinden des Fehlers wieder ausser Betrieb gesetzt werden.
Damit bei den beschriebenen Einrichtungen gleichzeitig zu erkennen ist, in welchem Netzteil, von dem Einbauort des Relais aus gesehen, der Erdschluss auftritt, sollen nach der Erfindung als Anzeigeorgan Relais verwendet werden, deren Ausschlag von der Richtung der Stromstösse abhängig ist. Namentlich in vermaschten Netzen ist es vorteilhaft, die Erfindung anzuwenden.
In Fig. 12 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Leitung 1 dargestellt, die an irgendeinem Punkt über eine Stromstosserzeugungsanlage 2 mit Erde verbunden ist. Das Anzeigerelais. 3 ist nun als polari-
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an der Stelle 4 oder 5 auftritt, seine Kontakte 6 oder 7 schliesst und damit in Abhängigkeit von der Lage der Erdschlussstelle die Schalter 8 oder 9 betätigt. Die Erfindung lässt sich auch zum Erdschlusssehutz von parallelen Leitungen verwenden, deren Anzeigerelais in bekannter Weise von der Differenz der Ströme in den beiden parallelen Leitungen beeinflusst sind. Die Differenz wird, wie nach Fig. 13 gezeigt, in dem Relais 10 oder dem Relais 11 ermittelt.
Beim Auftreten eines Erdschlusses in irgendeiner der beiden Leitungen werden dann durch den Stromerzeuger 2 Stromstösse über die Relais geschickt, die, je nachdem, welche der beiden parallelen Leitungen vom Erdschluss betroffen sind und an welcher Stelle sich der Erdschluss befindet, die fehlerbehaftete Leitung abschalten.
In Fig. 14 und 15 sind Ausführungsbeispiele für einen Längsdifferentialsehutz dargestellt, bei dem die Differenz der Stromstösse am Anfang und Ende einer Leitung auf die Schutzeinrichtungen einwirkt.
Die Schaltung der Relais ist an sich bekannt. Die Schutzeinrichtung des linken Teiles der Fig. 14 wird von der Differenz der Ströme, die des rechten Teiles von der Differenz der Spannungsabfälle der Stromwandler beeinflusst. Je nach der Ausschlagrichtung, die die bei einem Erdschluss erzeugten Stromstösse in den Relais hervorrufen, erfolgt die Abschaltung des vom Fehler betroffenen Leitungsteile. In Fig. 15 ist eine ähnliche bekannte Schutzeinrichtung gezeigt, bei der die Kontakte der Relais 10 und 11 in Serie über die Auslösespulen der entsprechenden Netzschalter gelegt sind, so dass nur bei gleichzeitigem Ansprechen der Relais 10 und 11, was allein bei einer Richtung der Stromstösse, hervorgerufen von einem innerhalb des zu überwachenden Anlageteiles liegenden Fehler, eintritt, eine Auslösung erfolgt.
Damit die hochempfindlichen Relais nicht auf Stromstösse ansprechen, die von Überspannungen hervorgerufen werden, ist es zweckmässig, ihre Betätigung von weiteren von den Merkmalen eines Erdschlusses beeinflussten Relais abhängig zu machen. Man wird also besondere von dem Asymmetriestrom
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gung der Schutzeinrichtung gestatten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur kurzzeitigen Erhöhung eines zur Fehlerabschaltung dienenden Stromes, gekennzeichnet durch gittergesteuerte Entladungsgefässe mit Gas-oder Dampffüllung, deren Anodenkreis im Stromkreis des die Schutzeinrichtung betätigenden Stromes liegt und deren Gitter so gesteuert ist, dass eine zeitweise Erhöhung des Anodenstromes auftritt.